通信技术概论第六章光纤通信
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密集波分复用系统
2.光缆
按芯数分为单芯、双
加元光强件纤
加强
芯、多芯
元件
按结构分为层绞式、 骨架式、带状等
按敷设场合分为架空、 直埋、管道、移动、 室内、水下、海底等
按用途分为通信用光 缆和非通信用光缆
3.光传播的基本知识
临界角
入射角=反射角
n1
n1
θθ
n1 1
2
n2
n2
900 n2
n1 > n2
光纤本身：与长度和类型有关
1310 nm：0来自百度文库35 ~ 0.5 dB/Km 1550 nm：0.2 ~ 0.3dB/Km 850 nm：2.3 ~ 3.4 dB/Km
光纤连接点：0.2dB/点·2Km 设备处：3dB
光纤的衰减
信号传播
远 端
(dB/km)
衰6
5 4 3
减2
1
近 端
第一窗口 OH-
光纤直径
125mm 62.55mm
纤芯 (Co多re模)
包层(Clad)
125mm 8mm
Core Clad
单模
人的头发 85μm
光纤的分类
按工作波长：
短波长(850nm)和长波长(1310nm、1550nm)
按传输模式：
多模光纤和单模光纤
按折射率分布：
阶跃(突变)型(SI)、渐变(梯度)型(GI)和W型
CCTV 门禁控制系统 内部通讯
多模 MMF
5.单模光纤
无限带宽
8~10 μm
典型距离超过5英里
单模 SMF
用于：
长途电信 长途电视监控及多路切换 共用天线电视系统
单模光纤和多模光纤比较
项目 距离 数据传输率 光源 信号衰减 端接 造价
单模光纤 长 高
激光 小
较难 高
多模光纤 短 低
发光二极管 大
较易 低
光纤的主要损耗
损耗
吸收损耗：OH-和金属离子 散射损耗： 其他损耗：光纤连接、弯曲
光损耗与波长
光损耗单位： 3.5
dB/km
3
与波长有关
2.5 2
单模损耗小
1.5
MM SM
波长又称为窗口 1
0.5
波谱的红外部分 0
起作用
850 1300 1550
光纤损耗主要存在的地点
PIN和APD
响应时间 暗电流
光纤系统方框图
发送单元 传输单元 接收单元
信号
E/O转换
光纤
光发 光源 射机
中继器
O/E转换
检测器
光接 收机
信号
连接器件
光中继器
作用：放大衰减了的光信号 光-电-光转换
半导体光放大器
光输入
半导体光放大器 控制电流
光输出
光纤通信码型要求
必须是二电平码！ 信号自带定时信息 提供一定的冗余传输
由多模光纤(70年代)过渡到单模光纤(80年代)
由短波长(0.85μm)过渡到长波长(1.31μm)
信息传输的容量和速率大大提高。
90年代：传输速率10000Mbit/s，同时开通 1250000 路电话。
6.2 光纤与光缆
1.光纤的结构
石英玻璃、塑 料或晶体
纤芯(折射率 大)和包层
全反射
第二窗口
OH-
OH-
水峰值 第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
λ nm
光纤的衰减图
光纤色散(Dispersion)
光脉冲沿着光纤行进一段距离后造 成的频宽变粗。它是限制传输速率 的主要因素。
模间色散 材料色散 波导色散
散射
由于光线的基本结构不完美，引起的光 能量损失，此时光的传输不再具有很好 的方向性。
1.激光器(光发送机)
半导体激光器和发光二极管 半导体激光器
阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
2.常用连接器类型
SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack
常用连接器类型
FC Type
SC2 Type
SC Type
FDD Type
3.光纤熔接机
4.光电检测器(光接收机)
按材料：
石英光纤、塑料光纤等
几种新型光纤：
色散位移光纤(DSF)、非零色散光纤(NZDF)、色 散平坦光纤(DFF)、色散补偿光纤(DCF)等
ITU-T建议的光纤分类
G.651光纤：计算机局域网或接入网 G.652光纤：应用最广的单模光纤 G.653光纤：较少采用 G.654光纤：弯曲性能好 G.655光纤：适用于高速、大容量、高
传输距离长
20dB/km，即可实现通信 目前损耗0.2dB/km
抗电磁干扰 体积小、重量轻 机械强度低
商用的光纤通信系统
1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次 建成商用的光纤通信系统。
两根(直径0.1mm左右)光纤，同时开通8000路电话！
到1990年，光纤系统发展了几代(通信业务40%)
衰减的单位
dB(分贝)：描述功率相对比值的单位
dB = 10 log10 ( Pout / Pin )
Pout：输出功率；Pin：输入功率
dBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位
dBm = 10 log10 ( P / 1mw)
1mw=0 dBm 20mw=13 dBm 40mw=16 dBm
临界角
全反射
产生全反射的条件：n1>n2 90º>θ>临界角
光纤的传光原理(全反射)
阶越型光纤性能参数
相对折射指数差： n12 n22
2n12
数值孔径(NA)：N Asin n12n22
θ
接收锥
4.多模光纤
62.5/125 μm 的光纤在保安行业中应用 最普遍
典型距离达5英里
用于：
6.1 光纤通信概述
发展史
光电话：1880年贝尔(通信距离213m)
光源：激光器 梅曼(1960)
美国贝尔公司(1970) 半导体激光器
传光介质：光纤 高锟(1966)
美国康宁公司(1970) 低损耗光纤
工作波长
0.85μm、1.31μm和1.55μm
光纤通信特点
通信容量大
光载波频率在1014～1015Hz
光通信技术发展
延长中继距离
光放大器(EDFA) 外调制器(电光晶体LiNbO3) 色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)
提高通信容量
时分复用技术(TDM) 波分复用技术(WDM) 光频分复用(OFDM)：载波间隔<1nm
光线
缺陷
6.3 光纤通信系统
发送单元：把电信号转换成光信号 传输单元：载送光信号的介质 接收单元：接收光信号并转换成电信号 连接器件：连接光纤到光源、光检测以
及其它光纤
器件
有源光器件
光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。
无源光器件
光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接 器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化 器。
2.光缆
按芯数分为单芯、双
加元光强件纤
加强
芯、多芯
元件
按结构分为层绞式、 骨架式、带状等
按敷设场合分为架空、 直埋、管道、移动、 室内、水下、海底等
按用途分为通信用光 缆和非通信用光缆
3.光传播的基本知识
临界角
入射角=反射角
n1
n1
θθ
n1 1
2
n2
n2
900 n2
n1 > n2
光纤本身：与长度和类型有关
1310 nm：0来自百度文库35 ~ 0.5 dB/Km 1550 nm：0.2 ~ 0.3dB/Km 850 nm：2.3 ~ 3.4 dB/Km
光纤连接点：0.2dB/点·2Km 设备处：3dB
光纤的衰减
信号传播
远 端
(dB/km)
衰6
5 4 3
减2
1
近 端
第一窗口 OH-
光纤直径
125mm 62.55mm
纤芯 (Co多re模)
包层(Clad)
125mm 8mm
Core Clad
单模
人的头发 85μm
光纤的分类
按工作波长：
短波长(850nm)和长波长(1310nm、1550nm)
按传输模式：
多模光纤和单模光纤
按折射率分布：
阶跃(突变)型(SI)、渐变(梯度)型(GI)和W型
CCTV 门禁控制系统 内部通讯
多模 MMF
5.单模光纤
无限带宽
8~10 μm
典型距离超过5英里
单模 SMF
用于：
长途电信 长途电视监控及多路切换 共用天线电视系统
单模光纤和多模光纤比较
项目 距离 数据传输率 光源 信号衰减 端接 造价
单模光纤 长 高
激光 小
较难 高
多模光纤 短 低
发光二极管 大
较易 低
光纤的主要损耗
损耗
吸收损耗：OH-和金属离子 散射损耗： 其他损耗：光纤连接、弯曲
光损耗与波长
光损耗单位： 3.5
dB/km
3
与波长有关
2.5 2
单模损耗小
1.5
MM SM
波长又称为窗口 1
0.5
波谱的红外部分 0
起作用
850 1300 1550
光纤损耗主要存在的地点
PIN和APD
响应时间 暗电流
光纤系统方框图
发送单元 传输单元 接收单元
信号
E/O转换
光纤
光发 光源 射机
中继器
O/E转换
检测器
光接 收机
信号
连接器件
光中继器
作用：放大衰减了的光信号 光-电-光转换
半导体光放大器
光输入
半导体光放大器 控制电流
光输出
光纤通信码型要求
必须是二电平码！ 信号自带定时信息 提供一定的冗余传输
由多模光纤(70年代)过渡到单模光纤(80年代)
由短波长(0.85μm)过渡到长波长(1.31μm)
信息传输的容量和速率大大提高。
90年代：传输速率10000Mbit/s，同时开通 1250000 路电话。
6.2 光纤与光缆
1.光纤的结构
石英玻璃、塑 料或晶体
纤芯(折射率 大)和包层
全反射
第二窗口
OH-
OH-
水峰值 第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
λ nm
光纤的衰减图
光纤色散(Dispersion)
光脉冲沿着光纤行进一段距离后造 成的频宽变粗。它是限制传输速率 的主要因素。
模间色散 材料色散 波导色散
散射
由于光线的基本结构不完美，引起的光 能量损失，此时光的传输不再具有很好 的方向性。
1.激光器(光发送机)
半导体激光器和发光二极管 半导体激光器
阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
2.常用连接器类型
SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack
常用连接器类型
FC Type
SC2 Type
SC Type
FDD Type
3.光纤熔接机
4.光电检测器(光接收机)
按材料：
石英光纤、塑料光纤等
几种新型光纤：
色散位移光纤(DSF)、非零色散光纤(NZDF)、色 散平坦光纤(DFF)、色散补偿光纤(DCF)等
ITU-T建议的光纤分类
G.651光纤：计算机局域网或接入网 G.652光纤：应用最广的单模光纤 G.653光纤：较少采用 G.654光纤：弯曲性能好 G.655光纤：适用于高速、大容量、高
传输距离长
20dB/km，即可实现通信 目前损耗0.2dB/km
抗电磁干扰 体积小、重量轻 机械强度低
商用的光纤通信系统
1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次 建成商用的光纤通信系统。
两根(直径0.1mm左右)光纤，同时开通8000路电话！
到1990年，光纤系统发展了几代(通信业务40%)
衰减的单位
dB(分贝)：描述功率相对比值的单位
dB = 10 log10 ( Pout / Pin )
Pout：输出功率；Pin：输入功率
dBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位
dBm = 10 log10 ( P / 1mw)
1mw=0 dBm 20mw=13 dBm 40mw=16 dBm
临界角
全反射
产生全反射的条件：n1>n2 90º>θ>临界角
光纤的传光原理(全反射)
阶越型光纤性能参数
相对折射指数差： n12 n22
2n12
数值孔径(NA)：N Asin n12n22
θ
接收锥
4.多模光纤
62.5/125 μm 的光纤在保安行业中应用 最普遍
典型距离达5英里
用于：
6.1 光纤通信概述
发展史
光电话：1880年贝尔(通信距离213m)
光源：激光器 梅曼(1960)
美国贝尔公司(1970) 半导体激光器
传光介质：光纤 高锟(1966)
美国康宁公司(1970) 低损耗光纤
工作波长
0.85μm、1.31μm和1.55μm
光纤通信特点
通信容量大
光载波频率在1014～1015Hz
光通信技术发展
延长中继距离
光放大器(EDFA) 外调制器(电光晶体LiNbO3) 色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)
提高通信容量
时分复用技术(TDM) 波分复用技术(WDM) 光频分复用(OFDM)：载波间隔<1nm
光线
缺陷
6.3 光纤通信系统
发送单元：把电信号转换成光信号 传输单元：载送光信号的介质 接收单元：接收光信号并转换成电信号 连接器件：连接光纤到光源、光检测以
及其它光纤
器件
有源光器件
光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。
无源光器件
光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接 器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化 器。